圓柱齒輪流量傳感器運用前景

1、圓柱齒輪流量傳感器的運用前景    一、圓柱齒輪流量計的基本原理    圓柱齒輪流量計由一對幾何參數(shù)完全相同的齒輪、軸承、軸、殼體、放大器、電磁傳感器等部件組成。圖1為其結構原理圖，兩嚙合齒輪將由殼體和齒輪包圍的密閉容積分成兩部分。    圓柱齒輪流量計的力學原理    如圖2所示，E為、齒輪的嚙合點，h為齒輪的全齒高。嚙合點E到兩齒輪的齒根的距離分別為c和b，齒寬為B。當流體通過圓柱齒輪流量計時，由于機械摩擦和流體自身流動的能量損耗，使得進油腔和出油腔間產生壓降，

2、即差壓p=p1-p2。其中，進油腔內高壓流體作用于進油腔內所有的輪齒，而嚙合的兩個輪齒的齒面只有一部分受高壓油的作用；由于c和b均小于齒高h，所以在、齒輪上分別產生作用力p1B（h-c）和p1B（h-b）。同理，在出油腔中、齒輪也會分別受到作用力p2B（h-c）和p2B（h-b）。   作用力合成得出流體在、齒輪上的總作用力分別為B（p1-p2）（h-c）和B（p1-p2）（h-b），正是在這兩個力的作用下齒輪按圖示方向旋轉，同時流體被分隔為小的體積計量單元并帶到出口排出。這里進行的受力分析的前提是，流體沿著齒輪軸向流入流出，即流體對齒輪的徑向沖擊很小，相應作用于齒輪的動壓

3、力可忽略。如果流體是沿齒輪的徑向流入則需相應地記入動壓對齒輪的作用力。因為動壓力隨流量同時變化，此時齒輪的受力情況就復雜得多，最終難以保證圓柱齒輪流量計的線性度，因此，筆者認為這也是圓柱齒輪流量計通常被設計成流體沿著齒輪軸向流入流出的重要原因。   上海康匯實業(yè)發(fā)展有限公司制造的高精度油耗傳感器，該產品是國內唯一取得國家防爆/計量雙認證的高科技產品，引進油料管理的高科技手段,安裝高精度流量傳感器,取得國家防爆和計量認證,實現(xiàn)油料動態(tài)數(shù)據在線監(jiān)測,創(chuàng)新管理完善考評和獎懲體系，夯實油田運輸公司的可持續(xù)發(fā)展基礎。    二、圓柱齒

4、輪流量計測量誤差來源分析    由于齒輪之間以及與殼體之間是動態(tài)配合，考慮齒輪嚙合和齒輪轉動對潤滑的需求，因此要求齒輪與殼體之間存在微小間隙，通常間隙高度h1<0.1mm。分析已知進出口存在壓差，根據流體力學原理，間隙、壓差必然造成縫隙流動，即泄漏。正是由于泄漏的存在使圓柱齒輪流量計實際儀表系數(shù)小于理論值，造成計量誤差。泄漏流量為：    式中：h1、b1、l縫隙的高度、寬度和長度；流體動力黏度；u0相對運動速度；p進出口的差壓。    因為各間隙配合面間都存在相對運動，所以引入剪切流動項u0b1h

5、1/2，其中齒頂圓與殼體內圓之間的相對運動速度為u0=wra，并與泄漏方向一致，因此取“+”，齒輪端面和前后配合面之間的相對運動比較復雜，但由于是圓周運動，可近似認為剪切流動被對稱抵消。齒嚙合區(qū)由于間隙可忽略，因此泄漏量很小。上述3處泄漏中端面間隙泄漏量最大，約占總泄漏量的3/4以上。由以上分析可得泄漏量近似與縫隙高度h13、差壓p成正比，與流體動力學黏度成反比。因此，要保證圓柱齒輪流量計的準確度，縫隙高度h1是一個關鍵因素。針對間隙高度就要求提高齒輪、殼體和軸加工準確度和改進裝配工藝，保證齒輪端面與殼體的間隙適中并具備很好的平行度。兩齒輪軸的平行度與中心距，以及殼體上軸孔的同軸度也是設計、機

6、械加工和裝配的重點保證參數(shù)，采用數(shù)控加工機床作為加工兩軸孔的工具，其同軸度的誤差基本為零。這些措施能有效避免機械磨損，降低流量計壓力損失，避免因磨損而造成間隙變大。要素決定了圓柱齒輪流量計是否適用于中高黏度流體（黏度在20cst以上）的流量測量，如潤滑油和液壓油品的測量。同時也要注意黏度的增大會使壓力損失Vp迅速增加，因此，設計和選用時只有考慮了這對矛盾參數(shù)的平衡點，才能達到最好的測量效果。    另外一個重要誤差來源是溫度變化。由于流量計材料的熱膨脹性，溫度的變化必然引起齒容量的變化，并造成計量誤差，因此，溫度變化大時應考慮對齒容量和對應流量進行修正，如溫度t的

7、實際齒容量可近似表示為：    式中：V220時的齒容量；b齒輪材料的熱膨脹系數(shù)。    由于齒輪和殼體材料不同，熱膨脹系數(shù)也有所差異，溫度的變化也將引起各配合間隙的變化，帶來一系列連鎖效應。因此，研制過程中不能孤立地考慮各要素，要綜合考慮尋求各要素的最佳平衡點，必要時要做大量的對比實驗以確定最佳的設計參數(shù)，這樣才能保證研制出的圓柱齒輪流量計更加接近理想的數(shù)學模型而減小測量誤差。    三、圓柱齒輪流量計的選用注意事項    由于圓柱齒輪流量計直接依靠輪齒嚙合工作，

8、因此為減小齒輪、軸承的磨損和卡死現(xiàn)象，要求介質清潔度較高，不允許有固體顆粒雜質通過流量計。圓柱齒輪流量計會使流場產生脈動，而且大流量時會產生較大壓力損失和強噪音，噪音最高可達72dB以上?，F(xiàn)階段圓柱齒輪流量計主要依賴進口，因此購置成本較高，且進口也給技術支持和售后帶來不便。然而由于磨損的必然存在，因此，必須按照規(guī)定及時對圓柱齒輪流量計進行校準，以便及時掌握最新的儀表參數(shù)。    四、結論    圓柱齒輪流量計屬于容積式流量計，適用于油、脂、溶劑、聚氨酯、剎車油、液壓油和其他一些無顆粒的潤滑性液體的流量測量，廣泛用于航空、航天、化工等多種軍用和民用領域的流量測量。但當前圓柱齒輪流量計主要依賴進口，國產化水平很低，這其中不乏技術方面的原因。研制高精度圓柱齒輪流量計要重視學習國外已成熟的圓柱齒輪流量計研制經驗，研制過程中要結合相關學科知識，把握住關鍵因素。如核心零部件即齒輪與殼體的參數(shù)設計、高精度的機加工、合理的加工和裝配工藝、零部件